Forschungs- / Wissenstransfer, Kooperationen

Herausforderungen im Ackerbau

Nahrungs- und Futtermittel vor dem Hintergrund eines steigenden Bedarfes nachhaltig unter sich ändernden Klimabedingungen produzieren, die natürlichen Ressourcen Boden, Wasser, Luft schonen, zur Erhaltung der Artenvielfalt beitragen und klimarelevante Emissionen verringern – es ist ein komplexes Bündel von Zielen, die die Landwirtschaft erreichen will. Darauf machte Markus Gerhardy in seinem Eingangsstatement aufmerksam. Er ist Landwirt, Vorsitzender des Fachausschusses Pflanzenproduktion der Landwirtschaftskammer Niedersachsen und im Vorstand des Landvolks Göttingen e.V. wie auch des Netzwerks Ackerbau Niedersachsen e.V. (NAN) aktiv. Er unterstrich, dass die Landwirtschaft neben der Integration gesellschaftlicher Anliegen vor allem auch die betriebswirtschaftliche Situation auf den Höfen und die Bewältigung des Strukturwandels im Agrarsektor im Auge behalten müsse.

Bei der zunehmenden Digitalisierung von Prozessen in der Landwirtschaft spielen photonische Verfahren eine zunehmende Rolle. Die „Agri-Photonik“ macht sich das Licht nutzbar. Für den Landwirt, dessen pflanzliche Erzeugnisse ohne die durch Licht initiierte Photosynthese nicht entstehen würden, eigentlich kein neuer Ansatz. Doch „Agri-Photonik“ geht weiter: Dabei spielen optische Verfahren mittels Kameratechnik, Aufnahmen und visuelle Bilderkennung ebenso eine Rolle, wie Fragen von Beleuchtung (bspw. in Gewächshäusern oder Ansätzen des Urban Farmings) oder des Einsatzes von Lasern. Deren Anwendungspotential reicht vom „Verbrennen“ von Unkräutern mittels Laserstrahl über Laserscanner zum Sortieren von Produkten wie z.B. Kartoffeln bis hin zum Markieren von Schlachtkörpern.

Photonik im Ackerbau

Ein schier unermessliches Einsatzpotential bieten Kameraaufnahmen im Ackerbau – ganz unabhängig davon, ob sich die Kamera an einer Drohne oder am Schlepper oder seinen Anbaugeräten befindet. Über multispektrale Bildgebungsverfahren können Pflanzenbestände überwacht werden. Es lassen sich Trockenschäden ebenso identifizieren wie Krankheitsbilder. Dies ermöglicht einen schnelleren und damit effizienteren Einsatz von Betriebsmitteln wie Dünger und Maßnahmen des Pflanzenschutzes. Daten aus Kameraaufnahmen erleichtern teilflächenspezifisches Arbeiten bis hin zur Einzelpflanzenbehandlung. Die Folge: Betriebsmittel, die potenziell negative Umweltwirkungen auslösen können, lassen sich genauer, sparsamer und damit effizienter einsetzen. Wichtige Voraussetzung für all die unterschiedlichen Einsätze von Kameratechnik sind eine exakte Datenverarbeitung mittels Künstlicher Intelligenz und schnellen Internetverbindungen. Dies gilt insbesondere für Verfahren, bei denen bspw. der Einsatz eines chemischen Pflanzenschutzmittels direkt von einer unmittelbar vorab gewonnenen Bildaufnahme gesteuert wird und damit zeitnahe Entscheidungen notwendig sind. Auch die Teilnehmer der Online-Konferenz sahen im Rahmen der Befragung den Einsatz von optischen Verfahren im Pflanzenschutz als besonders sinnvoll und notwendig an (22 %).

Erwartungen der Landwirtschaft an Kamerasysteme

Optische Verfahren sind grundsätzlich mit Blick auf Verschmutzungen und Erschütterung eher empfindlich. Damit sie in der landwirtschaftlichen Praxis einsetzbar sind, müssen sie Staub ebenso aushalten wie Vibrationen, Hitze und Nässe, da auf dem Acker keine Laborbedingungen herrschen. Kamera und Software müssen leicht anwendbar, Soft- und Hardware miteinander kompatibel sein. Und schließlich müssen derartige Innovationen für den landwirtschaftlichen Betrieb oder eine betriebliche Kooperation auch wirtschaftlich sein. Gerade die Kostenstruktur wurde von den Teilnehmern der Veranstaltung als wesentliches Hemmnis dafür gesehen, dass sich die Palette photonischer Anwendungen in der Landwirtschaft erweitert. Ist aber die Wirtschaftlichkeit gegeben, ist für die Zukunft vieles denkbar – bis hin zu autonom fahrenden Geräten, die remote vom Büro des landwirtschaftlichen Betriebes aus überwacht werden können.

Agri-Photonik im Agrotech Valley Forum e.V.

Dr. Henning Müller, Landwirt und Vorsitzender im Agrotech Valley Forum e.V. erläuterte die Aufgaben des Vereins in dem sich 24 Landtechnikunternehmen, Akteure der Wissenschaft und Kommunen zusammengeschlossen und ein bedeutendes Cluster für technische Innovationen im Bereich der Landwirtschaft etabliert haben. Ziel ist es, den Dialog zwischen Industrie und Forschung zu vertiefen, Unternehmen zu vernetzen und Impulse für zukünftige Forschungsfelder zu geben.

Mit den Beispielen „Erfassung von Inhaltsstoffen“ und „Erkennung von Umgebungsdaten“ unterstrich Henning Müller die Bedeutung optischer Verfahren im Kontext der Landwirtschaft. Inhaltsstoffe z.B. von Futtermitteln oder von Gülle lassen sich über eine Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) analysieren. Es handelt sich dabei um eine physikalisch-optische Methode, deren Basis die Spektroskopie im Bereich des kurzwelligen Infrarotlichts darstellt. Über diesen Ansatz lassen sich bspw. in Güllen oder Gärresten die Gehalte an Stickstoff, Phosphor und Kalium feststellen. Ein Beispiel für den Einsatz von Kameras und digitalen Technologien in der Nutztierhaltung ist das Projekt „SmartTail“. Hier soll das in der Schweinehaltung verbreitete Schwanzbeißen frühzeitig erkannt werden, um es dem Landwirt zu ermöglichen, unmittelbar zu reagieren. Dass „Tiergesundheit“ und „Überwachen von Aspekten des Tierwohls“ notwendige und sinnvolle Tätigkeitsfelder für optische Verfahren in der Tierhaltung sind, spiegelt auch die Befragung der Teilnehmer wider (jeweils 20 %).

Der Einsatz der Wirtschaft

Stefan Büsching von der Landmaschinenfabrik Grimme zeichnete ähnlich wie Markus Gerhardy zunächst das große Bild der Herausforderungen, vor denen die Landwirtschaft weltweit steht: Bald 10 Milliarden Menschen, steigender Nahrungsmittelbedarf, geringer werdendes Ackerland und Ernteverluste u.a. durch klimabedingte Extremwetterlagen. Innovationen im integrierten Pflanzenbau seien der maßgebliche Weg, auch um die Nachhaltigkeitsziele der EU im Agrarsektor zu erreichen.

Sehr anschaulich lassen sich die Potentiale von Photonik und Sensorik beim Kartoffelbau aufzeigen. Mehr Präzision beim Pflanzen und stärkerer Ressourcenschutz bei der Düngung, halb- und vollautomatisierte Ernte (und damit stärkere Unabhängigkeit von Arbeitskräften) und bessere Qualitätsprüfung, Sortierung und leichteres Knollenmanagement bei der Einlagerung. Insbesondere im letzten Bereich sind Laserscanner hervorragend einsetzbar, um Verunreinigungen zu erkennen und ein besseres Sortieren zu ermöglichen. All diese Prozesse helfen auch, eine Kartoffelernte bestmöglich zu nutzen und „waste of food“ zu vermeiden.

Allerdings wird die Digitalisierung von Arbeitsprozessen und der Einsatz photonischer Verfahren nur erfolgreich in der Landwirtschaft gelingen, wenn die Aus- und Weiterbildung gestärkt werden. Die Politik muss für ein technologieoffenes und investitionsfreundliches Klima sorgen, Konnektivität herstellen und dazu beitragen, dass Datengrundlagen und -quellen vereinheitlicht werden.

"Laser on demand" heißt das Unternehmen, das Dr. Oliver Meier vorstellte. Gemeinsam u.a. mit dem Laser Zentrum Hannover wird am Lasereinsatz zur Unkrautbekämpfung gearbeitet. Doch selbst wenn die Unkräuter über Künstliche Intelligenz erkannt und mittels Laser „verbrannt“ werden, bleiben noch Herausforderungen für den Praxisbetrieb zu lösen. Neben der geringen Arbeitsgeschwindigkeit wirft auch die Energieversorgung des autonom fahrenden Gerätes Fragen auf. Dennoch: Der Einsatz des Lasers zur Unkrautbekämpfung bleibt weiter eine spannende Option, insbesondere im Hinblick auf Herbizid resistente Unkräuter und/ oder auf die Unkrautbekämpfung in ökologisch sensiblen Gebieten. Deshalb arbeiten Laser Zentrum Hannover, die Landwirtschaftskammer Niedersachsen und das Netzwerk Ackerbau Niedersachsen im Rahmen des Projektes LURUU an einer praxisorientierten Weiterentwicklung des Lasereinsatzes zur Unkrautbekämpfung.

Innovationen den Weg ebnen

Doch wie gelangen derartige Innovationen am Ende in die Märkte und welche Strukturen brauchen erfolgreiche Innovationsnetzwerke? Diese Fragen beantwortete Dr. Christian Schmidt von der Marketinggesellschaft der Niedersächsischen Land- und Ernährungswirtschaft e.V.. Er unterstrich, dass die im Projekt PACC initiierte Brücke zwischen den Unternehmen der Photonik Branche und der Landwirtschaft ein wichtiger Baustein für Innovationen ist. Innovationsnetzwerke, Customer Involvement und am Ende erfolgreiche und mit Kapital ausgestattete Joint Ventures sind zentrale Ansätze, um Innovationen voranzutreiben und auf Märkten zu etablieren. Dabei unterscheidet sich die Land- und Ernährungswirtschaft nicht von anderen Branchen.

Nächste Schritte

Deshalb wird das PACC-Team weiter daran arbeiten, die Akteure der Photonik Branche und die Unternehmen der Land- und Ernährungswirtschaft zu vernetzen. Alle Neuigkeiten zum Projekt sind jederzeit auf der Website des NAN abrufbar: Netzwerk-Ackerbau.de

Mit einem weiteren Meeting im Oktober wird der Dialog intensiviert. Dies soll dazu beitragen, dass der Landwirtschaft das Potenzial photonischer Anwendungen besser kommuniziert wird und ihr photonische Lösungen angeboten werde, die auch passen, praxistauglich und wirtschaftlich sind. Dass hier Handlungsbedarf ist, zeigt die Befragung der Teilnehmer, die zu 87 % der Meinung waren, dass nicht genug getan wird, um über die Potentiale der Photonik zu kommunizieren. Nur so können jedoch Bedürfnisse, Wünsche und Erwartungen der Landwirtschaft besser abgebildet werden. Die genauen Ergebnisse der Umfrage werden in Kürze ebenfalls veröffentlicht.

Weitere Informationen zum Photonics Agrifood Connection Center: https://netzwerk-ackerbau.de/pacc/

Das Projekt wird durchgeführt vom Laser Zentrum Hannover e.V., dem Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e.V. sowie der PhotonicNet GmbH.

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Weitere Informationen:
http://netzwerk-ackerbau.de/pacc/ Weitere Informationen zum Photonics Agrifood Connection Center